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Verspiegelung für einen optischen Sender oder Verstärker hoher Leistung
mit einem Rubin als selektiv fluoreszentem Medium Die Erfindung bezieht sich auf
die Verspiegelung fär einen optischen Sender oder Verstärker hoher Leistung mit
einem stabförinigen Rubin als selektiv fluoreszentem Medium. Der Rubin besteht aus
einem mit Chrom dotierten Aluminiumoxydeinkristall, der zwei bis auf Bruchteile
der Wellenlänge der monochromatischen Ausgangsstrahlung (6943 A) genau eben
und parallel geschliffene Stirnflächen aufweist, die mit einer reflektierenden Schicht
versehen sind. Die eine Stimfläche, aus der das Licht austritt, ist nicht vollständig
verspiegelt und hat noch eine Durchlässigkeit von einigen Prozent, während die andere
hundertprozentig verspiegelt ist.
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Außer dem optischen Sender oder Verstärker mit Rubin als Medium sind
auch solche bekanntgeworden, die andere Festkörper oder Gase oder Dämpfe als selektiv
fluoreszentes Medium benutzen.
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Es ist bereits bekannt, als Spiegelmaterial sehr gut reflektierende
Stoffe zu verwenden. Dazu zählt in erster Linie Silber, aber auch Aluminium. Es
zeigte sich nun, daß Spiegel aus derartigen Stoffen hohen Belastungen nicht standhalten.
Bei Austrittsenergien von 1 Ws oder mehr im Impulsbetrieb weisen Silber-oder
Aluminiumspiegel schon nach einem oder zwei Ihnpulsen Schäden durch Verdampfen auf.
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Es ist ferner bekannt, an Stelle der einfachen Metallschichten dielektrische
Mehrfachschichten zu verwenden. Die optischen Verluste durch Absorption sind in
diesen Schichten besonders ]dein; die Verspiegelungen widerstehen deshalb hohen
Belastungen. Allerdings ist das Reflexionsvermögen einer derartigen dielektrischen
Schicht sehr klein, so daß man gezwungen ist, mehrere - bis zu fünfzehn oder
mehr - Schichten aufzubringen, um ein Reflexionsvermögen von 95% oder mehr
zu erreichen. Die Herstellung solcher Schichten hat zwar einen hohen Grad der
Vollkommenheit erreicht, ist aber schwieriger durchzuführen als die Herstellung
von Metallschichten und außerdem mit hohen Kosten verbunden.
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Ziel der Erfindung ist es daher, eine Verspiegelung für einen optischen
Kristallsender oder -verstärker zu schaffen, die einer hohen Belastung standhält
und die darüber hinaus unkompliziert und mit geringen Kosten herzustellen ist.
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Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß die Verspiegelung
aus einer Goldschicht -besteht. Die Eignung und Beständigkeit von Goldspiegeln ist
überraschend. Der im Vergleich zu Silber geringere Reflexionskoeffizient ließ Gold
nach den zur Zeit bekannten Vorstellungen und Erfahrungen, daß man möglichst hochreflektierende
Schichten verwenden solle, zunächst nicht als geeignet erscheinen. Die Spiegel wurden
durch Kathodenzerstäubung einer Goldkathode in einer Neonentladung bei 0,2 Torr
hergestellt. Die Kathodenzerstäubung wurde dem Verdampfen vorgezogen, weil dadurch
hergestellte Schichten erfahrungsgemäß besser haften. In einer nach diesem Prinzip
arbeitenden Anordnung ist die Herstellung der Spiegel mit- vorgegebenem Reflexionsvermögen
recht einfach, da sich bei festem Gasdruck, festem Entladungsstrom und gleichbleibender
geometrischer Anordnung die Schichtdicke und damit das Reflexionsvermögen einfach
durch die Dauer der Entladungseinwirkung regeln läßt und sich nach vorheriger Kalibrierung
der Apparatur eine einfache Beziehung zwischen Entladungsdauer und Reflexionsvermögen
ergibt. Die Entladungsdauer wurde so gewählt, daß sich auf der Seite, aus der das
Licht austreten sollte, eine Durchlässigkeit von etwa 5% ergab; die abgewandte Seite
wurde so verspiegelt, daß sie keine Durchlässigkeit mehr zeigte. Bei zu großer oder
zu kleiner Durchlässigkeit der Lichtaustrittsseite sinkt die Intensität des austretenden
Lichtstrahles; der optimale Bereich liegt zwischen 3 und 10%.
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In einem ausgeführten Muster mit einer Verspiegelung im optimalen
Bereich (511/o) hatte der verwendete Rubinkristall einen Durchmesser von
6 mm und eine Länge von 5 cm. Er befand sich in der Mitte einer wendelförmigen
Blitzlampe; die Schwellwertenergie, bei der die selektive Fluoreszenz auftrat, lag
bei Blitzlampenenergien von etwa 1500 Ws, die Austrittsenergie des selektiv
fluoreszenten Strahles lag bei einer Blitzlampenenergie von 3500 Ws bei etwa
1 Ws. Ein Süberspiegel zeigte schon nach ein bis zwei Blitzen mit dieser
Energie Zerstörungen, die auf beiden Seiten des Rubins auftraten und darin bestanden,
daß entweder größere Teile des Spiegels ein
niattes Aussehen bekamen,
oder kleine kreisrunde Löcher im Spiegel entstanden. Diese Schäden beeinträchtigen
die Arbeitsweise des optischen Kristallverstärkers, so daß die selektive Fluoreszenz
nicht mehr beobachtet wird. Wurde der Rubin mit Goldspiegeln versehen, so zeigten
sich bei gleicher Belastung auch nach hundert oder mehr Blitzen keine Veränderungen
auf den Spiegelflächen. Bei kleineren Blitzlampenenergien um 1750Ws oderwenigerwaren
die Schäden am Silberspiegel nicht mehr so ausgeprägt, obwohl man aber auch hier
erkennen konnte, daß die Spiegel angegriffen werden.
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Die Beständigkeit der Goldspiegel erweist sich besonders bei einem
optischen Sender oder Verstärker mit einem Rubin als Medium bei hoher Leistung als
vorteilhaft; dagegen ist nicht zu erwarten, daß sich ein Unterschied zu Silberspiegeln
auch in leistungsschwachen optischen Verstärkeranordnungen bemerkbar machen wird,
etwa mit gas- oder dampfförinigen Medien, bei denen die Spiegel im Gegensatz zu
optischen Festkörperverstärkern ohnehin auch meist außerhalb der Zone hoher Belastung
angebracht sind und keinen ungewöhnlichen Belastungen widerstehen müssen.
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Die Figur zeigt einen aus Rubin bestehenden Einkristall
1, dessen geschliffene Stirnseiten mit einem Goldspiege12 versehen sind.
Mit 3 ist die Anregungslichtquelle bezeichnet.